Ozone en RAS marin : bromures, oxydants résiduels et bromates, comment sécuriser l’ozonation en eau de mer ?
L’ozone est particulièrement intéressant dans les systèmes aquacoles en recirculation RAS – Recirculating Aquaculture Systems. Il peut contribuer à oxyder certaines matières organiques dissoutes, améliorer la transparence de l’eau, agir sur les nitrites et compléter les différentes étapes de traitement du circuit.
Mais l’utilisation de l’ozone dans un RAS marin ne peut pas être abordée exactement comme dans un élevage en eau douce.
La raison principale est chimique : l’eau de mer contient naturellement des concentrations importantes en bromures. Lorsque l’ozone entre en contact avec ces ions, différentes espèces oxydantes bromées peuvent se former.
La problématique n’est donc plus seulement : « combien de grammes d’ozone par heure faut-il injecter ? »
Il faut également savoir :
- où injecter l’ozone ;
- quelle quantité d’eau traiter ;
- quel temps de réaction prévoir ;
- comment contrôler les oxydants résiduels ;
- comment éviter leur retour vers les poissons ;
- et comment adapter le procédé à la salinité et à la qualité réelle de l’eau.
Pourquoi l’ozonation d’un RAS marin est-elle différente de celle d’un RAS en eau douce ?
Dans un RAS d’eau douce, l’ozone réagit notamment avec les matières organiques, les nitrites et différents composés réducteurs présents dans l’eau. Sa durée de vie est généralement relativement courte.
Dans l’eau de mer, une réaction supplémentaire devient majeure : l’oxydation des ions bromure Br⁻.
L’eau de mer contient naturellement des bromures. En présence d’ozone, ceux-ci peuvent être transformés en différentes espèces bromées oxydantes. Parmi les composés susceptibles de se former figurent notamment :
- l’acide hypobromeux HOBr ;
- l’ion hypobromite OBr⁻ ;
- différentes bromamines en présence de composés azotés ;
- et, dans certaines conditions, des bromates BrO₃⁻.
La chimie réelle dépend fortement de la composition de l’eau, du pH, de la salinité, de la matière organique, des composés azotés, de la dose d’ozone et du temps de réaction.
Ozone résiduel et oxydants résiduels : ce n’est pas exactement la même chose
C’est un point particulièrement important pour les exploitants de RAS marins.
Après injection, l’ozone moléculaire O₃ peut disparaître rapidement. Cela ne signifie pas nécessairement que l’eau ne contient plus de pouvoir oxydant.
Les réactions de l’ozone avec les bromures peuvent produire des oxydants secondaires plus persistants. Ils sont souvent regroupés dans la littérature scientifique sous les termes :
- TRO – Total Residual Oxidants ;
- OPO – Ozone Produced Oxidants.
Cette distinction est fondamentale. Une mesure indiquant une très faible concentration d’ozone moléculaire ne garantit donc pas,
à elle seule, l’absence d’oxydants actifs dans une eau marine ozonée.
Pourquoi ces oxydants constituent-ils un risque pour les poissons ?
L’ozone est un oxydant puissant. Un résiduel oxydant atteignant directement les bassins d’élevage peut affecter les tissus particulièrement sensibles des organismes aquatiques, notamment les branchies.
En eau marine, certaines espèces oxydantes issues des réactions avec les bromures peuvent persister plus longtemps que l’ozone lui-même.
La maîtrise de l’ozonation ne consiste donc pas à rechercher la concentration maximale possible. L’objectif est au contraire d’obtenir l’effet recherché avec la dose utile minimale, dans une zone de traitement parfaitement contrôlée.
Pourquoi l’ORP ne suffit-il pas à contrôler seul un RAS marin ?
Le potentiel d’oxydoréduction, ou ORP / Redox, est très utilisé dans les installations aquacoles.
Il constitue un excellent indicateur de tendance et peut être intégré dans une logique de pilotage automatique du générateur d’ozone.
Mais l’ORP ne mesure pas directement une concentration d’ozone. La valeur mesurée résulte de l’ensemble des couples oxydants et réducteurs présents dans l’eau.
Deux installations présentant le même ORP peuvent donc avoir des compositions chimiques différentes.
C’est encore plus important en eau de mer, où différentes espèces bromées peuvent participer au potentiel oxydant global.
Il est donc généralement préférable de considérer l’ORP comme un outil de pilotage parmi plusieurs indicateurs et non comme une preuve absolue de l’absence d’oxydants résiduels.
OXYTRADING propose notamment des sondes Redox ORP pour le pilotage des installations d’ozonation
.
Faut-il injecter directement l’ozone dans le bassin d’élevage ?
Dans la majorité des projets RAS nécessitant un contrôle précis de l’ozonation, l’injection directe dans le bassin d’élevage doit être évitée. Il est généralement préférable de travailler sur une
boucle secondaire ou side-stream.
Une fraction du débit de recirculation est prélevée puis envoyée vers une zone dédiée comprenant, selon la configuration :
- l’injection de l’ozone ;
- un venturi ou autre système de transfert gaz/liquide ;
- un mélangeur statique ;
- une colonne ou cuve de contact ;
- un temps de réaction contrôlé ;
- un dégazage adapté ;
- un contrôle ORP ou d’autres paramètres ;
- et, si nécessaire, une étape de neutralisation ou de finition avant retour dans le circuit.
Cette architecture permet de séparer physiquement la zone d’oxydation et la zone d’élevage.
Pour approfondir ce sujet : pourquoi injecter l’ozone sur une boucle secondaire dans un RAS ?
Le débit total du RAS n’est pas nécessairement le débit à ozoner
Une erreur fréquente consiste à dimensionner l’installation uniquement à partir du débit hydraulique total du RAS.
Un circuit pouvant recirculer plusieurs centaines de mètres cubes par heure n’a pas nécessairement besoin de faire passer l’intégralité de ce débit dans le système d’ozonation. Le dimensionnement peut au contraire reposer sur un side-stream correctement calculé.
Il faut alors déterminer :
- le débit de la boucle d’ozonation ;
- la charge organique à traiter ;
- la concentration en nitrites ;
- la salinité ;
- le taux d’alimentation des poissons ;
- la biomasse présente ;
- le taux de renouvellement d’eau ;
- le rendement réel de transfert de l’ozone ;
- et l’objectif recherché.
Les g/h du générateur d’ozone ne suffisent pas pour dimensionner un RAS marin
Comparer deux installations uniquement sur la puissance nominale du générateur en g/h peut être trompeur.
La quantité d’ozone réellement disponible pour réagir dans l’eau dépend notamment :
- de la concentration d’ozone dans le gaz ;
- du débit gazeux ;
- du type d’injection ;
- de la pression ;
- du transfert de masse ;
- du temps de contact ;
- de la température ;
- et de la demande instantanée en ozone de l’eau.
Une machine de forte puissance associée à un mauvais transfert peut être moins efficace
qu’un générateur plus petit correctement intégré.
Voir également : Ozone en RAS : pourquoi l’utiliser en aquaculture ?
Bromates : faut-il les surveiller dans un RAS marin ?
La formation de bromates est une problématique connue lors de l’ozonation d’eaux contenant des bromures.
Elle ne doit cependant pas être confondue avec la présence d’oxydants bromés transitoires. Ce sont deux problématiques liées à la chimie du brome mais elles ne correspondent pas au même composé ni au même mécanisme.
Le risque de formation dépend des conditions de traitement et de la composition de l’eau. Dans un projet marin utilisant l’ozone de manière importante ou continue, une étude analytique peut donc être pertinente afin de caractériser :
- les bromures initiaux ;
- les oxydants résiduels ;
- les bromates lorsque cela est pertinent ;
- les nitrites ;
- la matière organique ;
- le pH ;
- la salinité ;
- et l’évolution de ces paramètres après ozonation.
Attention au biofiltre du RAS
Le biofiltre constitue l’un des éléments essentiels d’un système aquacole en recirculation. Les bactéries nitrifiantes assurent la transformation des composés azotés et participent directement à la stabilité biologique du circuit.
Une ozonation correctement intégrée peut contribuer indirectement au bon fonctionnement du système, notamment en réduisant certaines fractions organiques et les particules fines. Mais une exposition excessive du biofiltre à des oxydants peut au contraire perturber l’activité microbiologique.
Le choix du point d’injection est donc essentiel.
Il faut raisonner le RAS comme une chaîne complète : filtration mécanique + biofiltration + gestion des gaz + oxygénation + ozonation éventuelle + sécurités.
Quelle architecture pour une ozonation sécurisée en RAS marin ?
Il n’existe pas une configuration universelle. Une architecture fréquemment étudiée peut néanmoins comprendre :
- prélèvement d’une partie du débit du RAS ;
- filtration préalable suffisante ;
- production d’ozone à partir d’oxygène ;
- injection par venturi ou système équivalent ;
- mélange et transfert gaz/liquide ;
- volume ou colonne de contact ;
- temps de réaction ;
- contrôle ORP et/ou paramètres complémentaires ;
- élimination de l’ozone gazeux non transféré ;
- contrôle des oxydants résiduels lorsque nécessaire ;
- retour sécurisé vers le circuit principal.
L’ozone gazeux résiduel extrait du contacteur doit également être traité, par exemple avec un destructeur d’ozone, afin d’éviter tout rejet dangereux dans le local technique.
Quels paramètres transmettre pour dimensionner une installation ?
Pour étudier un projet d’ozonation destiné à un RAS marin, OXYTRADING recommande de disposer au minimum des informations suivantes :
- espèce élevée ;
- eau de mer naturelle, artificielle ou saumâtre ;
- salinité ;
- volume total du système ;
- volume des bassins ;
- débit de recirculation ;
- débit de renouvellement ;
- biomasse maximale ;
- quantité d’aliment distribuée par jour ;
- température ;
- pH ;
- nitrites ;
- ammonium / ammoniac ;
- matière organique ou paramètres représentatifs disponibles ;
- ORP actuel ;
- architecture du biofiltre ;
- présence d’UV ;
- objectif exact de l’ozonation.
Un essai pilote peut être préférable à un dimensionnement théorique
La demande en ozone d’une eau aquacole dépend fortement de sa matrice réelle. Deux RAS présentant le même débit peuvent nécessiter des stratégies totalement différentes selon la biomasse, l’alimentation, la salinité, le taux de renouvellement et la charge organique.
Pour les projets complexes, un essai pilote ou une étude de demande en ozone peut permettre de déterminer :
- la cinétique de consommation de l’ozone ;
- l’évolution de l’ORP ;
- l’effet sur les nitrites ;
- l’évolution de la matière organique ;
- les oxydants résiduels éventuels ;
- et la dose réellement nécessaire.
OXYTRADING : étude et intégration de systèmes ozone pour RAS
OXYTRADING accompagne les exploitants aquacoles, piscicultures, écloseries, centres de recherche et intégrateurs RAS pour l’étude et l’intégration de solutions d’ozonation.
Notre approche ne consiste pas uniquement à sélectionner une puissance de générateur. Nous étudions l’ensemble du procédé :
- production d’ozone ;
- production d’oxygène ;
- injection ;
- transfert de masse ;
- boucle secondaire ;
- temps de contact ;
- instrumentation ;
- ORP ;
- sécurité ozone ;
- destruction de l’ozone résiduel ;
- et interaction avec les autres équipements du RAS.
Chaque installation doit être dimensionnée à partir des caractéristiques réelles du circuit et de l’espèce élevée.
Découvrez également nos autres contenus sur les applications de l’ozone en aquaculture
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Conclusion
L’ozone peut constituer un outil particulièrement performant dans un RAS marin, mais l’eau de mer impose une maîtrise du procédé supérieure à celle d’une simple injection d’ozone.
La présence naturelle de bromures modifie profondément la chimie de l’oxydation. La disparition de l’ozone moléculaire ne signifie pas nécessairement la disparition de tous les oxydants.
Pour cette raison, une installation marine doit être conçue autour de quatre principes :
- injecter l’ozone dans une zone de traitement dédiée ;
- maîtriser le transfert et le temps de réaction ;
- contrôler les oxydants avant le retour vers les animaux ;
- adapter le dosage à la matrice réelle du RAS.
En aquaculture marine, la question n’est donc pas : « quelle quantité maximale d’ozone peut-on injecter ? »
La bonne question est : « quelle dose utile permet d’obtenir l’objectif recherché tout en garantissant
qu’aucun résiduel dangereux n’atteigne les organismes élevés ? »
